Как уменьшить силу трения примеры. Как можно уменьшить силу трения

Любое движение тел, так или иначе, сопровождается трением. При любом механическом движении происходит соприкосновение тел между собой. Это явление происходит также в жидкой или газообразной среде. При этом, возникает вопрос, что такое сила трения? Она возникает при любой степени взаимодействия тел между собой и направлена в сторону, противоположную движению. На само движение эта сила оказывает непосредственное влияние.

Виды силы трения

Сила трения существует в нескольких видах. В первую очередь, это сухое трение, которое разделяется, как качения и скольжения. Оно образуется, когда твердые тела, движущиеся относительно друг друга соприкасаются между собой.

Если твердые тела движутся через жидкую или газообразную среду, то появляется вязкое или жидкое трение. То же самое явление происходит, когда твердые тела неподвижны, а жидкости или газы текут мимо них. В том случае, когда при попытке сдвинуть неподвижное тело, к нему прикладывается определенная сила, возникает трение покоя.

Основная причина, в результате которой появляется сила трения, заключается в неровностях поверхностей, соприкасающихся между собой. Кроме того, на величину в значительной степени влияет взаимное притяжение молекул, возникающее между телами.

Как уменьшить силу трения

Для того, чтобы уменьшить силу трения, соприкасающиеся поверхности могут быть отшлифованы. Кроме того, трущиеся места смазываются, а трение скольжения заменяется более эффективным трением качения.

Выступающие места на одной из поверхностей никогда не совпадают с такими же выступами на другой. Однако, при совершении сжатия, эти выступы деформируются, что приводит к увеличению площади контакта в пропорции с приложенной нагрузкой. Именно эти места неровностей, сопротивляющиеся сдвигу, служат причиной возникновения силы трения. При этом, не следует забывать, что даже на идеально гладких поверхностях, сила трения появится за счет молекулярного притяжения.

Кроме того, необходимо знать, что это величина, которую можно измерить специальным прибором - динамометром. Если тело движется равномерно, то в этом случае сила тяги, отраженная на динамометре, равна силе трения.

Единицей измерения силы трения как и любой другой силы, является один ньютон.

Нередко возникает вопрос, что более эффективно - трение качения или скольжения. Здесь все зависит от конкретных условий. Например, для нормального качения колес, поверхность должна быть твердой, гладкой и не скользкой. И, наоборот, по скользкой поверхности лучше всего скользить. Именно правильный выбор способен дать максимальный эффект.

Вы никогда не задумывались, почему ваши руки становятся теплыми, когда вы трете их друг о друга, или почему трением двух деревяшек можно добыть огонь? Ответ – трение! Когда два тела перемещаются относительно друг друга, появляется сила трения, препятствующая такому перемещению. Трение может вызвать высвобождение энергии в виде тепла, согревая руки, высекая огонь и так далее. Чем больше трение, тем больше энергии высвобождается, поэтому, увеличив трение между движущимися частями в механической системе, вы получите немало тепла!

Шаги

Поверхности трущихся тел

Когда два тела перемещаются относительно друг друга, могут возникнуть следующие три процесса: неровности на поверхности тел мешают движению тел относительно друг друга; одна или обе поверхности тел могут деформироваться в результате такого перемещения; атомы каждой поверхности могут взаимодействовать друг с другом. Все перечисленные процессы участвуют в возникновении трения. Поэтому для увеличения трения выберите тела с абразивной поверхностью (например, наждачная бумага), с деформируемой поверхностью (например, резиновой) или с поверхностью, имеющей адгезивные свойства (например, липкую).

Сильнее прижмите тела друг к другу, чтобы увеличить трение, так как сила трения пропорциональна силе, действующей на трущееся тела (силе, направленной перпендикулярно направлению перемещения тел относительно друг друга).

Если одно тело находится в движении, остановите его. До сих пор мы рассматривали трение скольжения, возникающее при перемещении тел относительно друг друга. Трение скольжения намного меньше трения покоя, то есть силы, которую необходимо преодолеть для того, чтобы привести два контактирующих тела в движение. Поэтому труднее сдвинуть с места тяжелый предмет, чем управлять им, когда он уже движется.

Проведите простой эксперимент, чтобы понять разницу между трением скольжения и трением покоя. Поставьте стул на гладкий пол (не на ковер). Убедитесь, что на ножках стула нет резиновых или других накладок, препятствующих его скольжению. Толкните стул, чтобы передвинуть его. Вы заметите, что как только стул пришел в движение, вам стало легче толкать его, потому что трение скольжения между стулом и полом меньше трения покоя.

Избавьтесь от смазки между двумя поверхностями, чтобы увеличить трение. Смазочные материалы (масла, вазелин и так далее) значительно уменьшают силу трения между трущимися телами, потому что коэффициент трения между твердыми телами значительно выше коэффициента трения между твердым телом и жидкостью.
- Проведите простой эксперимент. Потрите сухие руки друг о друга, и вы заметите, что их температура повысилась (они согрелись). Теперь намочите руки и потрите их еще раз. Теперь вам не только легче тереть руки друг о друга, но и нагреваются они меньше (или медленнее).
Избавьтесь от подшипников, колес и других катящихся тел, чтобы избавиться от трения качения и получить трение скольжения, которое намного больше первого (поэтому катить одно тело относительно другого проще, чем толкать/тянуть его).
- Например, представьте, что вы положили тела одинаковой массы в сани и на колесную тележку. Тележку с колесами намного легче передвигать (трение качения), чем сани (трение скольжения).
Увеличьте вязкость жидкости, чтобы увеличить силу трения. Трение имеет место не только при перемещении твердых тел, но и в жидкостях и газах (вода и воздух, соответственно). Трение между жидкостью и твердым телом зависит от нескольких факторов, например, вязкости жидкости – чем больше вязкость жидкости, тем больше сила трения.

Лобовое сопротивление
1. Увеличьте площадь поверхности тела. Как отмечалось выше, при движении твердых тел в жидкостях и газах также возникает сила трения. Сила, препятствующая движению тел в жидкостях и газах, называется лобовым сопротивлением (иногда его называют сопротивлением воздуха или сопротивлением воды). Лобовое сопротивление больше при увеличении площади поверхности тела, которая направлена перпендикулярно направлению движения тела сквозь жидкость или газ.
  - Например, возьмите дробинку массой 1 г и лист бумаги той же массы и одновременно отпустите их. Дробинка сразу же упадет на пол, а лист бумаги будет медленно опускаться вниз. Тут как раз виден принцип лобового сопротивления – площадь поверхности бумаги намного больше, чем у дробинки, поэтому сопротивление воздуха больше и бумага падает на пол медленнее.
2. Используйте форму тела с большим коэффициентом лобового сопротивления. По площади поверхности тела, направленной перпендикулярно движению, можно судить о лобовом сопротивлении только в общих чертах. Тела различной формы взаимодействуют с жидкостями и газами по-разному (при движении тел сквозь газ или жидкость). Например, круглая плоская пластина имеет большее лобовое сопротивление, чем круглая шарообразная пластина. Величина, характеризующая лобовое сопротивление тел различной формы, называется коэффициентом лобового сопротивления.
  
  Используйте тела менее обтекаемой формы. Как правило, большие тела кубической формы имеют высокое лобовое сопротивление. Такие тела имеют прямоугольные углы и не сужаются к концу. С другой стороны, тела обтекаемой формы имеют закругленные края и обычно сужаются к концу.
3. Используйте тела без сквозных отверстий. Любое сквозное отверстие в теле уменьшает лобовое сопротивление, так как позволяет воздуху или воде течь сквозь такое отверстие (благодаря отверстиям уменьшается площадь поверхности тела, перпендикулярная движению). Чем больше сквозные отверстия, тем меньше лобовое сопротивление. Вот почему парашюты, которые предназначены для создания большого лобового сопротивления (чтобы замедлить скорость падения), сделаны из прочного, легкого шелка или нейлона, а не из марли.
  - Например, вы сможете увеличить скорость движения ракетки для пинг-понга, если просверлите в ней несколько отверстий (чтобы уменьшить площадь поверхности ракетки и соответственно уменьшить лобовое сопротивление).
4. Увеличьте скорость тела, чтобы повысить лобовое сопротивление (это верно для тел любой формы и сделанных из любого материала). Чем выше скорость объекта, тем сквозь больший объем жидкости или газа оно должно пройти и тем больше лобовое сопротивление. Тела, движущиеся на очень высоких скоростях, испытывают огромное лобовое сопротивление, поэтому они должны быть обтекаемыми; в противном случае сила сопротивления разрушит их.
  - Например, рассмотрим Lockheed SR-71 – экспериментальный самолет-разведчик, построенный во времена холодной войны. Этот самолет мог летать с высокой скоростью М = 3,2 и, несмотря на его обтекаемую форму, испытывал огромное лобовое сопротивление (такое большое, что металл, из которого был сделан фюзеляж самолета, расширялся при нагревании, возникающем при трении).
- Не забывайте, что при трении высвобождается много энергии в виде тепла. Например, не прикасайтесь к тормозным колодкам автомобиля непосредственно после торможения!
- Имейте в виду, что высокие силы сопротивления могут привести к разрушению тела, движущегося в жидкости. Например, если во время прогулки на катере вы положите в воду кусок фанеры (так, чтобы ее поверхность была направлена перпендикулярно движению катера), то, скорее всего, фанера сломается.

§ 1 От чего возникает сила трения и что это такое?

Каждый из нас катался на санках или на лыжах, а кто задавал себе вопрос: «Почему я как бы сильно не оттолкнулся, все равно рано или поздно остановлюсь»?

Представьте такую картинку - учебник, лежит на парте. Если его толкнуть, то есть приложить к нему силу, то он изменит скорость с нулевого значения до какого-то определенного. Однако через некоторое время учебник остановится.

Мы уже знаем, что изменение скорости тела есть результат приложения силы. Какая же сила подействовала в этом случае?

Остановиться учебнику помогла сила трения. Сила трения возникает при движении одних тел по поверхности других, и когда тело пытаются сдвинуть с места.

От чего возникает сила трения?

Для ответа на этот вопрос можно проделать простейший эксперимент. Попробуем провести линию простым карандашом сначала на бумаге, а затем на стекле. На бумаге у нас это сделать получится, а на стекле нет. Это происходит потому, что поверхность бумаги и грифеля карандаша имеет неровности, если посмотреть на них под микроскопом. Частицы грифеля как бы зацепляются за шероховатости бумаги и остаются там. Поверхность же стекла гладкая и мы такого не наблюдаем.

Отсюда можно сделать вывод о том, что величина силы трения зависит от наличия шероховатостей соприкасающихся поверхностей.

А исчезнет ли сила трения в том случае, когда обе поверхности будут гладко отшлифованы? Для ответа на этот вопрос можно провести следующий эксперимент: с поверхности воды попытаемся оторвать стекло или зеркало. Это сделать достаточно сложно. В этом случае сила трения возникать тоже будет, но причина ее существования другая - взаимное притяжение молекул соприкасающихся поверхностей. И в последнем примере величина силы трения будет в разы больше.

Помимо величины сила должна иметь направление. Сила трения всегда направлена в противоположную движению тела сторону.

§ 2 Виды трения

Трение бывает трех видов:

1. Трение покоя. Все тела покоятся на месте только благодаря трению покоя. В противном случае все бы падало.

2. Трение скольжения. Примером данного вида трения может служить катание с горы на санках.

3. Трение качения. Примером может быть движение и остановка автомобиля.

Из всех трех видов наибольшей величиной обладает трение покоя, а наименьшей - трение качения. Катить легче, чем волочить. Именно поэтому во всех инженерных сооружениях и технике, где это возможно, скольжение заменяют на качение.

Так для постройки памятника Петру I в Санкт-Петербурге, громадную каменную глыбу весом около 1000 тонн доставили в город на катках, поскольку дотащить волоком постамент для памятника основателю города, было бы невозможно.

Величину силы трения можно измерить динамометром, а измеряется она в Ньютонах.

§ 3 Значение трения в жизни человека

С точки зрения пользы для человека трение может быть вредным и полезным. К примеру, когда начинает скрипеть и плохо открываться дверь трение считается вредным. Полезным можно назвать то трение, при котором велосипедист может остановиться на светофоре. Если бы его не было, то он продолжал бы неконтролируемое движение. В некоторых случаях для того, чтобы уменьшить трение применяют различные смазочные материалы. Ни один подшипник без технического масла работать не сможет.

Таким образом, трение имеет крайне важное значение в нашей жизни. Трение не только позволяет контролировать движение, оно способствует также и устойчивости тел.

Не будь его, все будет катиться, и скользить, пока не окажется на одном уровне. Гвозди и винты выскользнут из стен, ткани расползутся, ни одну пуговицу невозможно будет пришить, нитки просто не будут держаться ни в иглах, ни в тканях.

Без трения покоя мы бы не могли ни ходить, не ездить. Вспомните, как трудно передвигаться в гололед. Причиной возникновения силы трения может быть либо наличие шероховатостей на соприкасающихся поверхностях, либо взаимное притяжение молекул взаимодействующих тел. Сила трения измеряется в Ньютонах и направлена в противоположную движения тела сторону.

Список использованной литературы:

Физика. Химия. 5-6 классы. Гуревич А.Е., Исаев Д.А., Понтак Л.С. – М.: Дрофа, 2011.
Физика. 7 класс: Учебник для общеобразоват.учреждений/А.В. Перышкин. – М.: Дрофа, 2006.
Физика. 8 класс: Учебник для общеобразоват.учреждений/А.В. Перышкин. – М.: Дрофа, 2010.
Занимательная физика. Я. Перельман
Физика. 7 класс. Учебник. Гуревич А. Е.

Цель урока:

Познакомить учащихся с силой трения, закрепить полученные знания о силах в природе. Сформировать понятие “трение” и “сила трения”;
продолжать формирование естественнонаучных представлений;
продолжать отработку практических навыков работы с оборудованием;
способствовать бережному отношению к приборам и оборудованию;
способствовать нравственному воспитанию учащихся через рассказ об ученых.

Формируемые умения: работать с приборами, наблюдать, сравнивать результаты опытов, делать выводы.

Тип урока: комбинированный.

Оборудование: динамометр; деревянные бруски; набор грузов; песок.

Демонстрации:

Силы трения покоя, скольжения.
Сравнение сил трения скольжения и качения.

Ход урока

Актуализация опорных знаний. Создание ситуаций успеха.

Фронтальный опрос:

Что называется силой?
Какие силы мы уже изучили?
Как дать полный ответ о любой силе?
С помощью какого прибора можно измерить силу?

Решение задач. (У доски)

Какая сила тяжести действует на яблоко массой 120г?
Пружину жесткостью 500Н/м растянули на 2 см. Под действием какой силы она была растянута?

Определите, о какой силе говорится в тексте книги “Занимательная физика” Я.И. Перельман “Всем нам случалось выходить из дома в гололедицу: сколько усилий стоит нам удержаться от падения, сколько смешных движений приходится нам проделывать, чтобы устоять!”
Примеры проявления явления трения в природе.

Объяснение нового материала.

Презентация . Тема урока “Сила трения” (слайд 1)

Знакомство с силой трения (слайд 2,3)

Опыт 1. Влияние силы трения на движение тел. Толкнуть брусок по доске трибометра. Выявить причину быстрой остановки бруска.

Сила, возникающая при взаимодействии поверхности одного тела с поверхностью другого, когда тела неподвижны, либо перемещаются относительно друг друга, называется силой трения. (Ролик “Сила”)
Обозначается сила трения буквой F с индексом Fтр

Немного истории (слайд 4,5)

Первым силу трения исследовал Леонардо да Винчи (1452-1519г.г.). Позже исследовали эту силу Гилиома Амонтон (1663-1705г.г.) и Шарль Кулон (1736-1806г.г.). Амонтон и Кулон ввели понятие коэффициента трения.

Рассмотрим подробнее силу трения

Существуют различные виды сухого трения:

Трение покоя (слайд6). Сила, которая удерживает шкаф на месте - сила трения покоя. Чтобы сдвинуть тело с опоры нужно приложить силу. Эта сила уравновешивает силу трения. На наклонной опоре сила трения удерживает тело. Сила трения покоя по величине может достигать больших значений. (Ролик “Трение покоя”)

Задание №1. Измерение силы трения.

Оборудование:

Ход работы:

На доску трибометра положить деревянный брусок с грузом 100г, за крючок бруска прикрепить динамометр, и держа его горизонтально постепенно увеличивать силу тяги.
Сделать вывод.

Вывод: пока сила тяги мала, брусок остаётся в покое. Значит кроме силы тяги, на брусок действует еще какая-то сила, противодействующая данной. Эту силу называют силой трения покоя.

Трение скольжения (слайд7). Когда тело начинает двигаться по опоре, возникает сила трения скольжения, направленная в сторону, противоположную движению.

Задание №2. Измерение силы трения скольжения.

Оборудование: бруски, набор грузов, динамометр, линейка.

Ход работы:

Положите брусок на поверхность стола. Прикрепите динамометр к бруску и тяните за динамометр равномерно (с одинаковой скоростью).
Определите показания динамометра. Как можно уменьшить силу трения? Ответ: Чтобы уменьшить трение, на гладкие поверхности трущихся тел наносят жидкую смазку.
Поместите на брусок поочередно 1, затем 2, а затем 3 груза и для каждого из случаев измерьте силу трения.
Записать результат.
Сделать вывод.

Вывод: между молекулами соприкасающихся тел возникают силы взаимного притяжения, которые и являются причиной трения. Если тела хорошо отполированы, то сила трения может стать очень большой.

Трение качения (слайд8). Трение качения - сила трения, которая возникает, когда одно тело катится по поверхности другого. (ролик “Сила трения качения”).

В технике часто для уменьшения сил сухого трения наносят смазку, или заменяют трение скольжения трением качения (применяют подшипники). Сила трения качения намного меньше трения скольжения.

Задание №3: Сила трения качения всегда меньше силы трения скольжения.

Оборудование: брусок, динамометр, каток (вместо катка можно взять брусок и деревянные карандаши), линейка.

Ход работы:

Собрать установку (рис.1). (Если нет катка, то можно брусок положить на деревянные карандаши). Записать значения сил трения
Собрать установку (рис.2). Записать значения сил трения


Рис.1.	Рис.2.

Сравнить значения и сделать вывод.

(Ролик “Отличие сил трения”)

Другие силы трения.

При движении твердых тел в жидкостях возникает сила вязкого трения. Величина вязкого трения зависит от формы тела, рода жидкости и скорости движения тела.

Особенности силы трения

возникают при соприкосновении двух движущихся тел
действуют параллельно поверхности соприкосновения тел
направлено против движения тела

Нужно ли избавляться от трения? (слайд 9,10,11)

Представим нашу жизнь без трения (беседа с учащимися)

Рефлексивно-оценочный этап:

Ответить на вопросы:

Почему любое тело, приведенное в движение, в конце концов, останавливается?
Ответ: На движущееся тело действует сила трения скольжения, которая направлена против движения и уменьшает скорость тела.
Почему труднее санки сдвинуть с места, чем их везти?
Ответ: Сила трения покоя при движении с места санок больше силы трения скольжения.
Почему бочку катят, а не переносят?
Ответ: В данном случае заменяют силу трения скольжения силой трения качения, которая значительно меньше
Как можно уменьшить трение?
Ответ: Смазка уменьшает трение, и заменить скольжение тела качением. Сила трения качения меньше силы трения скольжения.
Как увеличить трение?
Ответ: Сделать поверхность неровной (шероховатой) или увеличить силу давления.

Объясните поговорки о трении:

“Не подмажешь – не поедешь”.
“Пошло дело как по маслу”.
“Что кругло – легко катится”.
“Лыжи скользят по погоде”.
“Коси, коса, пока роса, роса долой - и мы домой”

Давайте подведем итог нашего урока:

Какое явление мы изучили?
Каковы причины возникновения трения?
От чего зависит трение?
Какие способы уменьшения и увеличения трения существуют?
Зависит ли трение от среды, в которой оно возникает?
Какие виды трения существуют вокруг нас?
Какие физические величины характеризуют каждый из видов трения?
Что вам понравилось на уроке? (слайд12)
Что было трудным?

Домашнее задание:

§16-17; вопросы к параграфу; 10 примеров различного проявления силы трения (найти из дополнительной литературы). Написать сочинение на тему: “Если не было силы трения”.
Высокий уровень. Задачи на смекалку:

На столе лежит стопка книг. Что легче: вытянуть нижнюю книгу, придерживая остальные, или привести в движение всю стопку, потянув за нижнюю книжку?
Чему равен коэффициент трения колёс о дорогу, если сила тяги машины массой 1т равна 500Н.

трение закон скольжение качение

В технике для уменьшения влияния сил сухого трения между поверхностями вводят смазку (вязкую жидкость, создающую тонкий слой между твёрдыми поверхностями).

Влияние смазки заключается в том, что между трущимися поверхностями вводится слой вязкой жидкости, которая заполняет все неровности поверхностей и, прилипая к ним, образует два трущихся слоя жидкости (рис. 15)

Рис. 15.

Поэтому вместо трения двух твердых поверхностей при смазке возникает внутреннее трение жидкости, которое значительно меньше внешнего трения двух твердых поверхностей. Применение смазочных масел уменьшает трение в 8-10 раз. Типичный пример значения смазки представляет бег конькобежца на коньках. В результате действия силы со стороны конькобежца на нож конька снег тает и под коньком появляется вода, которая вновь замерзает, после того как пробежал конькобежец и исчезло давление. Однако в механизмах вода для смазки не годится, поскольку вследствие малой вязкости она выдавливалась бы из зазора неровностей между трущимися поверхностями.

Во всех машинах есть одна общая черта: в любой из них что-нибудь обязательно вращается. И везде есть неразлучная пара - ось и её подпорка - подшипник

Поскольку силы трения качения значительно меньше сил трения скольжения, то в машинах и механизмах в большинстве случаев подшипники скольжения заменяют подшипниками качения (рис. 16).

Рис. 16.

Подшипник состоит из двух колец. Одно из них - внутреннее - плотно насажено на ось и вращается вместе с ней. Другое - наружное кольцо - неподвижно зажато между основанием и крышкой подшипника.

Эти кольца - обоймы имеют на обращенных друг к другу поверхностях выточенные канавки. Между обойм находятся стальные шарики. При кручении подшипника шарики катятся по канавкам в обоймах.

Чем лучше отполированы поверхности дорожек и шариков, тем меньше трение. Чтобы шарики не сбегались в одну кучу, их разделяет сепаратор. Сепараторы обычно делаются пластиковые, стальные или бронзовые.

При вращении в таком подшипнике появляется трение качения. Потери на трение в шариковом подшипнике раз в 20-30 меньше, чем в подшипнике скольжения! Подшипники качения делают не только с шариками, но и с роликами разной формы. Без подшипников качения современная промышленность и транспорт были бы невозможны.

В настоящее время широко применяется такой способ уменьшения трения при движении транспортных средств, как воздушная подушка.

Воздушная подушка (рис. 17) -- это слой сжатого воздуха под транспортным средством, который приподнимает его над поверхностью воды или земли. Слой сжатого воздуха создаётся вентиляторами. Отсутствие трения о поверхность позволяет снизить сопротивление движению. От высоты подъёма зависит способность такого судна двигаться над различными препятствиями на суше или над волнами на воде.

Рис. 17

Схема работы судна с воздушной подушкой: 1 -- маршевые винты; 2 -- поток воздуха; 3 -- вентилятор; 4 -- гибкая перепонка (юбка).

Первым идею подобной машины на воздушной подушке высказал К.Э. Циолковский в 1927 году, в работе «Сопротивление воздуха и скорый поезд». Это бесколесный экспресс, который мчится над бетонной дорогой, опираясь на воздушную подушку - слой сжатого воздуха.